浅谈煤田地质的开采及防范措施

1、浅谈煤田地质的开采及防范措施    摘要：随着煤炭资源的大量开采，开采诱发的灾害问题也越来越严重。主要有地表塌陷、地裂缝、山体滑坡、崩塌、泥石流等，对耕地、水资源、建筑物和基础设施造成破坏。近年来，煤炭资源的大量开采诱发的地质灾害及矿山地质环境恶化，已严重影响了我国经济的可持续发展。    关键词：煤田开采；环境灾害；防范措施 1矿山灾害及破坏现状我国矿山地质环境持续恶化，矿区地质灾害危害严重，已引起了各有关部门的重视。近年来我国启动了矿山地质环境的调查和评估工作，2006年已全部完成了全国31个省（区、市）的矿山

2、地质环境调查工作。截止2005年，矿山开采占用或破坏土地约100.1万h，尾矿及固体废物积存总量约136.8亿t，每年废水废液排放量约28.9亿m3；全国发生采矿塌陷灾害的城市近40个，造成严重破坏的25个。矿山灾害中煤炭开采造成的灾害和破坏最为严重，煤田开采沉陷引起地面塌陷、地裂缝、山体滑坡、泥石流等灾害，引发的耕地减产绝产、建筑物的裂缝倒塌、市政设施的损坏以及水资源的污染流失等破坏。1.1地表塌陷及地裂缝采空区形成后上覆岩层发生变形、移动和破坏，充填采空区，向上发展达到地表形成塌陷。地表塌陷可分为连续性的塌陷和非连续性的塌陷，这主要取决于煤层开采深度和开采厚度。采深和采厚比值较大时，表现为

3、连续性塌陷，具有明显规律性；采深和采厚比值较小，或有较大地质构造时，则表现为非连续性塌陷。塌陷的同时地表可能还会出现裂缝、台阶和塌陷坑。裂缝一般出现在地表塌陷的外缘，深度与宽度与地表岩土性质及变形值有关；采深与采厚比值较小，裂缝规模较大时，裂缝两侧产生落差。台阶和塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。地表塌陷的范围、形状及特征取决于开采深度、厚度、采空区尺寸、重复采动、采煤方法、顶板管理方式、煤层及上覆岩层产状、岩层产状、岩性、地质构造、地形、地下水等多种因素。1.2山体滑坡及崩塌煤炭开采引起的滑坡有两种情况：露天开采时由于边坡角、地质条件和开采条件等因素引起的滑坡；由于地下开采沉陷引起的滑坡。

4、采空区地表斜坡岩体运动受坡面和采空区形态的控制，并受覆岩性质、降雨和其它人类活动的影响；斜坡岩体会出现塌落、倾倒、拱屈、变曲和滑动等运动。斜坡会发生下沉、鼓胀、崩塌、开裂及滑坡等连续性和非连续性等破坏。采空区地表地形较陡(30°)时，由于地下开采，地表坡体的应力平衡状态短时间内被破坏，就可能会引起突发性的滑坡或崩塌，滑体的后缘伴生阶梯状弧形地裂缝。尤其是煤层顺层开采时可能引发大规模的滑坡，湖北秭归的链子崖滑坡便是典型例子。在山西矿区地质灾害调查中发现，开采沉陷诱发山体滑坡可分两种情况：开采沉陷主导的滑坡；与降雨、其它人类活动等共同作用诱发的滑坡。在雨期，雨水沿开采沉陷形成的贯通性很强

5、的裂缝、构造节理及软弱层面下渗，降低了滑动面的抗剪强度引发滑坡；所以在雨期应加强对开采沉陷区斜坡的监测。1.3泥石流泥石流的形成一般需要三个条件，物源、水源及地形条件。矿区开采形成的矸石山、废石、土及沉陷引发的滑坡、崩塌为泥石流提供了物源条件，地形陡峭的矿区在暴雨季节易发生泥石流灾害。泥石流对矿区石房、村庄及基础设施造成严重威胁和破坏，泥石流的面状侵蚀，使土地瘠薄、农田被毁，破坏了两岸坡体的稳定，促进了滑坡、崩塌的发育，使地质生态环境恶化。除以上几种常见灾害外，矿区还经常发生矿震、煤层及矸石的自燃等灾害，亦会造成重大损失。2开采沉陷灾害的环境效应矿区的地质生态环境是一个复杂的系统，由生物系统、

6、土地资源、水资源及大气等共同组成。煤田开采沉陷会引发诸多环境效应，大量破坏耕地、地表建筑物，污染破坏水资源，造成水土流失沙漠化等。矿区地质生态环境的扰动和破坏有愈演愈烈的趋势，开展对这些环境效应的机理研究进而减轻造成的破坏十分必要。2.1水资源流失及污染煤田地下开采对水资源的破坏主要表现为水资源的流失和污染两个方面。在开采过程中为防止矿坑涌水，而进行的顶、底板疏水，使顶、底板含水层水量减少，地下水位下降，在较大范围内形成落漏斗。开采沉陷活化的古断层和形成的新断层及裂隙破坏了隔水层，改变了地表水和地下水系的补给、径流和排泄条件；使水资源流失。水资源的流失使泉井枯竭、农作物减产、人蓄饮水困难，给工

7、农业生产造成重大影响。水资源的污染主要是由污水排放、矸石山和地下岩体、煤体风化使有害物质渗入水系造成的。矿区水资源的流失和污染对地表地下水系统造成的破坏很难得到恢复。陕西黄陵沮水河沿岸因煤炭开采造成地下水位抬升，地表形成沼泽淹没了大量农田，同时地严重污染了地下水及河水。2.2破坏地表建筑物及基础设施开采沉陷对矿区地表建筑物及道路、管线、桥涵、堤坝等基础设施造成严重破坏。开采沉陷造成的地表下沉、倾斜及曲率、水平、剪切、扭曲等变形，使墙体产生各种形态的裂缝、倾斜、错动和外鼓等破坏。滑坡、崩塌掩埋道路，道路管线裂缝、错动，电力、通信线路中断等基础设施的破坏在开采沉陷区屡见不鲜。矿区地表破坏严重的村庄

8、不得不整体搬迁，引起了诸多纠纷。山西某地因开采造成的地表裂缝及错动使村民集资建设的深水井遭到严重破坏，屡次修缮无效后被迫依靠煤矿供水。2.3煤矸石污染大量堆积的矸石山对矿区的土地资源、大气和水资源均遭受了严重污染。矸石经降水淋虑作用产生的含有酸性物质、重金属离子、盐类及未溶解颗粒状污染物渗入地下水系和地表水系，对水资源和土地造成严重污染。使矿区土壤及水资源酸化日益严重，矿区植物枯萎死亡。矸石自燃及风化产生的有害气体（CO，CO2，NOx，SO2等）释放到大气中，污染了矿区的大气环境，使矿区降水呈酸性，影响了植物生长和矿区居民的健康。矸石山对矿区的生态环境破坏是多方面的矸石污染不容忽视。以上几个

9、方面的环境效应是紧密联系的，水资源的流失和污染是耕地破坏的主要原因；耕地和水利设施的破坏会加剧水资源的流失。矿区地质环境和生态系统是十分复杂的，水资源的流失、土地的破坏使地表植被枯萎、覆盖率降低，进而使地表抗侵蚀能力降低。在风蚀、水蚀和重力侵蚀等作用下发生水土流失，甚至沙漠化，破坏了原本脆弱地生态系统，恶化了矿区地质环境。矿区     的水土流失和沙漠化也是开采沉陷灾害引发环境效应。3开采沉陷原防治对策矿山地质环境恶化已起社会广泛关注，为了实现矿产资源开发与生态环境保护协调发展，提高矿产资源开发利用效率，避免和减少矿区生态环境破坏和污染，某年某月我国发布

10、了矿山生态环境保护与污染防治技术政策。近年来各级政府投入大量资金治理矿山地质环境，各级政府共投入投35.58亿元安排了194个项目对矿山地质环境进行治理。在194个项目中有55个属于煤炭矿山环境治理项目。开采沉陷灾害的防治是一项系统工程，包括诸多方面，应多管齐下进行全方位系统化治理。3.1 管理措施加强矿山地质环境的保护与管理，首先应完善相关的政策和法规，现有的政策法规还不系统和完善。各地应因地制宜地制定适合本地区的矿山环境保护规划，建立矿山灾害信息系统，加加对矿山环境的监督，完善矿山环境恢复治理的资金来源，增强企业的矿业理念及群众的防灾减灾意识，及时对矿区地质环境进行调查和评价。3.2控制灾

11、害的开采技术减少开采沉陷是控制沉陷灾害的根本途径，采取合理的开采技术可有效地控制地表沉陷。目前控制地表沉陷的开采技术主要有部分开采技术、充填开采技术、分层开采技术、全柱式开采技术和覆岩离层注浆技术。有学者吸收条带开采和充填开采岩层控制技术的优点提出了三步法开采技术，可有效控制岩层移动和地表沉降。综合考虑地质条件、开采条件和地表情况采取合适的开采技术控制开采沉陷，减轻沉陷灾害，实现最大的经济效益和环境效益。3.3土地复垦开采沉陷造成地表土地裂缝、塌陷、积水等破坏，使土地减产、绝产、弃耕，历史开采积累的弃耕土地越来越多。我国土地复垦面积仅占开采沉陷面积的10%，在土地日益紧张的情况下，开展对沉陷区

12、土地的大规模复垦己刻不容缓。土地复垦没有固定的模式，应因地制宜，根据沉陷区的地质条件、水文条件、土壤物理特性及可利用的物源条件等进行整体规划，采取农业复垦、林业复垦、渔业复垦、娱乐与建筑用地复垦等模式。复垦方法根据具体的途径可分为充填式复垦和非充填式复垦，根据物源条件，充填式复垦分为煤矸石充填、粉煤灰充填、河湖淤泥充填等充填类型，也有学者研究采用宜于作物生长的复合材料进行充填。非充填式复垦主要有土地平整式、梯田式、挖深垫浅式、疏排法复垦等形式。土地复垦可采用一种方法进行，也可采用几种方法联合使用，并注意与当地规划、地形地貌、废弃物利用等结合，以实现最大经济和环境效益。3.4水土流失的防治矿区的

13、水土流失及沙漠化多发生在西部地区，主要分为风蚀和水蚀两种情况。影响水土流失的主要因素有降雨、地形、土壤、植被等，矿区沉陷对地形土壤、植被的破坏和气候环境的共同作用，使矿区发生水土流失；矿区大量剥离的土石及排除的矸石也加剧的水土流失。对水土流失的治理可采取生物措施和工程措施。生物措施主要是利用植树种草的方式改善地表植被情况，利用植被防风固沙、涵养水源。工程措施主要是修建地面防排水系统、坝体工程、透水石堤、沉沙池和坡面防护等工程，疏导和拦截地表径流。另外要妥善堆放和利用矸石和废弃土石，减少因此造成的水土流失。开采沉陷灾害的防治还包括对滑坡、泥石流、矸石山灾害、水资源破坏等的防治。对矿区遭开采沉陷破坏的斜坡要加强监测，采取“填、截、排、挡、减”等措施进行综合治理。对煤矸石的利用和研究已取得诸多成果，煤矸石直接或经过加工已成功用于各种填筑材料，生产建筑材料、有机肥料和燃料等。对矿区堆放的矸石要采取削平、掩埋、浇灌石灰乳、填沟造地等措施来杜绝或减少水土流失、污染和滑动灾害。矿区沉陷灾害的防治是一项系统工程，各种防治措施是相互联系的，应完善政策法规体系和防治资金来源，加强防灾减灾的宣传管理，加强对各种治理的技术的研究和应用，只有采取系统、全面和全过程的措施才能从根本上扭转矿山生态环境恶化的趋势。4结束语煤田开